初中物理电功和电功率综合题

某生态园设计了模拟日光和自动调温系统，实现照明、保温和加热的功能，其原理如图所示，电源电压恒为 $220V$， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝（不考虑温度对电阻的影响）， $R_2=30\Omega$， $L$是标有“ $220V160W$”的照明灯泡，白天有日光的时候，只开启该系统的保温功能并连续工作 $10h$，此时 $R_1$与 $R_2$的电功率之比为 $1:3$，晚上温度较低的时候，需开启加热和照明功能。灯泡正常发光此状态下系统也需连续工作 $10h$， $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3$，请解答下列问题：

（1）晚上工作时电路的总功率是多大？

（2）若一天中工作的 $20h$内电热丝放出的热量完全由该生态园自产的沼气提供，其热效率为 $50\%$，则每天需要完全燃烧多少 $m^3$的沼气？

某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置。闭合开关 $S$，旋钮绕 $P$转动，实现挡位转换，旋至1档时 $R_1$、 $R_2$同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2档时 $R_2$和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝，其阻值不受温度影响， $R_1=22\Omega$，主要参数如下表。 $\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$

$\ast \ast$牌智能滚筒洗衣机
额定电压	$220V$
加热功率	$2400W$
设定温度范围	${30}^{°}\text{C}~{90}^{°}\text{C}$
电动机功率	$240W$
防电墙电阻	$1\times {10}^6\Omega$

（1）洗衣机内注入 $10\mathit{kg}$的水，在额定电压下连续加热1050秒，水温由 ${20}^{°}\text{C}$上升到 ${50}^{°}\text{C}$，此过程中的加热效率是多少？

（2） $R_2$阻值是多少？

（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？

（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 $1\times {10}^5\Omega$，人体的安全电压不高于 $36V$，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。

小明家的台灯是通过电位器来调节亮度的。他猜想：台灯变亮时电位器消耗电能的功率会变小，为此他设计了甲所示的电路进行探究。已知电源电压为 $4V$ 并保持不变，电压表 $(0-3V)2$ 个，电流表 $(0-0.6A)$ ，滑动变阻器规格为" $20\Omega 1A$ "，小灯泡 $L$ 标有" $2.5V1.25W$ "字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）。

（1）电路中 $a$ 是 　   表， $b$ 是 　　表，

（2）实验中，小灯泡正常发光时电流表的示数为 　　 $A$ 。

（3）根据实验数据，绘制出滑动变阻器的电功率 $P_R$ 与小灯泡的电功率 $P_L$ 的关系如图乙所示。由图可知：小灯泡的电功率（亮度）变大时，滑动变阻器的电功率 　　。

（4）假设实验所用的小灯泡能承受的最大电压可以高出其额定电压的 $\frac{1}{4}$ ，在确保电路中各元件安全的情况下，移动滑动变阻器的滑片，小灯泡的电功率变化范围是从 　　 $W$ 至 　　 $W$ 。

某同学猜想电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，为了探究“电流通过导体产生的热量与电流是否有关”，所用的实验器材有：电压为6V的电源，电流表、滑动变阻器、停表、开关各一个；与U形相连的塑料盒一个，盒内密封着空气盒内电阻丝的阻值为10Ω；导线若干。

（1）用笔画代替导线，将图中的电路连接完整。

（2）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移动到　    　端。（选填“a”或“b”）

（3）该实验是通过　                  　来反映电流通过电阻丝产生热量的多少。

（4）该同学设计实验时，将三次实验的通电时间均设定为15s，三次实验预设的电流值分别是I₁、I₂和I₃，则该同学进行第一次实验的操作是：闭合开关，　                                                                   　。

小泽家有一新型的电热足浴器。其铭牌上的部分信息如下。

额定电压	220V
额定功率	1210W
容积	7L

（1）求电热足浴器正常工作时的电阻；

（2）用这个足浴器将5kg的水从20℃加热到40℃，求水吸收的热量；

（3）若此足浴器在额定电压下使用，需500s才能将（2）问中的水从20℃加热到40℃，求这个电热足浴器的加热效率；（计算结果精确到0.1%）

（4）小泽家安装的电能表如图所示。某次小泽断开家中的其它用电器，让电热足浴器单独工作，在1min内电能表的转盘转过50r，求此时该足浴器两端的实际电压（电热足浴器阻值不随温度变化而变化）。

如图所示，两轮自动平衡电动车做为一种新兴的交通工具备受中学生的喜爱，下表是某型号两轮自动平衡电动车的主要参数，请通过计算解答下列问题：

整车质量	20kg
锂电池电压	50V
锂电池容量	10A•h

（1）图中小夏质量为40kg，轮胎与地面的总接触面积为0.01m ²，小夏骑行过程中地面受到的压强为多少？

（2）锂电池充满电后能储存多少焦耳的电能？

（3）锂电池充满电后，小夏多次骑着两轮自动平衡电动车在平直路面上匀速行驶进行测试，最多行驶27km电能恰好耗尽，假设受到的平均阻力是总重力的0.1倍，求此过程中两轮自动平衡电动车的工作效率是多少？

（4）在小夏骑行两轮自动平衡电动车的过程中，为确保安全，请你对他提出一条合理的建议。

如图为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220V，水箱最多装水0.2kg。它有大小两个加热挡位，其内部电路如图所示，电热丝R ₁＝56Ω，R ₂＝44Ω，求：

（1）大功率挡的额定功率。

（2）若用大功率挡将水箱中0.2kg的水从20℃加热到100℃，需要吸收多少热量？

（3）若用大功率挡加热这些水，所需时间为1分10秒，求熨烫机的加热效率。（结果保留一位小数）

如图所示电路，电源电压恒为6V．灯泡L ₁和L ₂分别标有"8V3.2W"和"6V12W"字样，不计温度对灯丝电阻的影响。求：

（1）灯泡L ₁的电阻；

（2）若闭合所有开关，滑片P移至a端时，电流表的示数；

（3）若只闭合开关S、S ₁，移动滑片P使灯泡L ₁消耗的功率为1.25W时，滑动变阻器消耗的功率是多大？

小波的妈妈为了改善早餐的营养，买了一台全自动豆浆机。下表是这个豆浆机的主要技术参数。如图甲所示是豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，用来对液体加热煮沸。图乙是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作时的"P﹣t"图象。请解答下列问题：

型　　号	SYL﹣624
额定电压	220V
频　　率	50Hz
电动机功率	120W
电动机线圈电阻	1Ω
加热功率	1210W
容　　量	1000mL

（1）豆浆机正常加热时的电流是多少？

（2）豆浆机正常加热时电热管的电阻是多少？

（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？

如图所示的电路，灯泡L标有"6V"的字样，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，当闭合S ₁，断开S ₂，灯泡L恰好正常发光，电流表示数为0.2A；当断开S ₁，闭合S ₂，且滑动变阻器的滑片移到最右端时，电压表读数为4V（假设灯丝电阻不变）求：

（1）电源电压；

（2）R ₀的阻值；

（3）当S ₁、S ₂同时闭合，且滑动变阻器的滑片移到最左端。通电5min整个电路消耗的电能。

小明同学为了增加所设计机器人的可观赏性，他想用亮度可调节的红、绿灯做它的眼睛，现已知红灯L ₁规格为"6V 3W"，为了测出绿灯L ₂及电位器（滑动变阻器）R的规格，他选用红灯L ₁和绿灯L ₂及电位器R等元件涉及了如图所示电路（电源电压不变，不考虑灯丝电阻的变化）。求：

（1）当闭合开关S、S ₁，断开S ₂，且电位器R的滑片P移至b端时，L ₁正常发光，流过L ₁的电流及电源的电压；

（2）当闭合开关S、S ₁和S ₂，且电位器的滑片P移至b端时，L ₂正常发光，电流表的示数增大了1A，灯L ₂的额定电压和额定功率；

（3）当闭合开关S、S ₂，断开S ₁，且电位器的滑片P移至R中点时，电流表的示数为0.25A，小明选用的电位器R的最大阻值；

（4）该电路消耗的最小电功率。

"西电东送"是将我国西部发电车发出的电输送到我国东部，由发电厂输出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力。根据P＝UI中发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U，那么线路中的电流I一定会减小，反之亦然。输电线路的电能损耗主要是输电线电流热效应，输电线损失的热功率P＝I ²R，所以采用输电线的电阻要尽量小。如果线路中电流降低到原来的 $\frac{1}{2}$ ，那么线路中损失的热功率就减少为原来的 $\frac{1}{4}$ ，因此提高电压可以很有效地降低输电线路中的热功率损失。

设发电厂的输出功率P ₀＝1.1×10 ⁸W，输电线路上的总电阻为10Ω。

（1）若采用110kV的高压输送电能，输电线路的电流I ₁＝ 　   　A，输电线路损失的热功率P ₁＝ 　   　W，其与发电厂输出电功率P ₀之比P ₁：P ₀＝ 　   　。

（2）若采用1100kV超高压输送电能，输电线路损失的热功率P ₂＝ 　   　W，其与高压输送电能损失的热功率P ₁之比P ₂：P ₁＝ 　   　。所以采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路的 　  　损失。

（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，还可以采用 　  　做为输电线材料。

小明探究“电流一定时，导体消耗的电功率与导体电阻的关系”，现有实验器材：稳压电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱（符号为、开关及若干导线。

（1）为了完成此探究实验，请你在图甲的虚线框内将实验电路图补充完整；若连接电路后，闭合开关，发现电压表的指针偏转如图乙所示，其原因可能是　　。

（2）实验中利用公式　　计算电阻箱阻值不同时消耗的电功率，实验过程需要记录的物理量有：电阻箱两端电压、通过电阻箱的电流和　　。

（3）在实验中，小明需多次改变电阻箱的阻值进行测量，每改变一次阻值，都必须移动滑动变阻器的滑片来控制　　，多次改变电阻箱阻值的目的是　　。

（4）完成上述实验后，小明又从实验室借了一个额定电压为的小灯泡和一个单刀双掷开关，设计了图丙所示实验电路图来测量小灯泡的额定功率，实验如下：闭合开关，将开关拨到触点2，把电阻箱调到，刚好使电压表的示数为；再将开关拨到触点1，读出电压表的示数为，小灯泡额定功率　　。

小宁在家里观察了豆浆机的构造、铭牌（如图甲）和制作豆浆的过程。发现其中用到了许多物理知识。

（1）机座底部安装有三个小橡皮碗，相当于"吸盘"，可以防止豆浆机在打浆时位置发生移动。"吸盘"是利用 　　起固定作用的。

（2）如图乙所示，豆浆机电源线的插头有三个脚，其中稍长些的脚连接了豆浆机的金属外克部分、电源线接入电路后可以把豆浆机的金属外壳与 　　相连接。

（3）豆浆机的机头主要由一个电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆器构成。制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟。由此可知，豆浆机的电动机和电热器的连接方式是 　　。

（4）豆浆打好后，小宁打开豆浆机，闻到香味的同时他戴的眼镜的镜片已模糊不清。①"闻到香味"属于 　　现象；②"镜片模糊不清"发生的物态变化是 　　。

（5）豆浆机铭牌上的部分技术参数如表所示。豆浆机制作一次豆浆需要先加热 $4\mathit{min}$ ，再打浆 $3\mathit{min}$ 。再加热 $6\mathit{min}$ 。问制作一次豆浆，豆浆机消耗的电能是多少？

（6）现在市场上有一些电器的电源线芯线比合格产品细，请你根据焦耳定律简要说明使用这种电源线存在什么隐患？

额定电压	$220V$
额定频率	$50\mathit{Hz}$
电动机额定功率	$180W$
电热器额定功率	$800W$

电动轮椅为残障人士出行提供了方便。某型号的电动轮椅质量为 $\mathbf{20}\mathit{kg}$ ，轮子与地面的总接触面积为 $\mathbf{20}\mathit{c}{\mathit{m}}^{\mathbf{2}}$ ．其工作原理如图所示，操纵杆可以同时控制 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 两个开关。向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池电压为 $\mathbf{24}\mathit{V}$ ，定值电阻 ${\mathit{R}}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\mathbf{20}\mathit{\Omega }$ ， ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ 为滑动变阻器。

（1）分别将 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 同时接触对应点 　 　（选填"1"或"2" $\mathrm{}\mathbf{)}$ 时。轮椅前进；当轮椅后退时，电流表示数 　　（选填"大于"、"小于"或"等于" $\mathbf{)}\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathit{A}$ 。

（2）求轮椅静止在水平地面上时对地面的压强。

（3）体重 $\mathbf{600}\mathit{N}$ 的人坐在轮椅上向后拉操纵杆，匀速后退过程中轮椅受到的阻力是总重的0.01倍，求后退 $\mathbf{5}\mathit{m}$ 阻力做功的大小。